专利摘要

一种轨道式农业机器人行走控制方法，包括以下步骤：将机器人吊装于导磁轨道上；机器人通过电磁力与导磁轨道作用，使其自身沿导磁轨道运行；停止作用于导磁轨道上的电磁力，机器人静止于导磁轨道上。本发明通过电磁力为动力驱动机器人运转，相对于传统的电机驱动噪音会更小，同时采用电磁驱动的方式也会使运动能量的损耗降低。通过将机器人吊装于导磁轨道上，相较于设置于导磁轨道上方的方式，可以使机器人固定更为简洁和牢靠。

权利要求

1.一种轨道式农业机器人行走控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将机器人吊装于导磁轨道上；

在机器人的壳体两端分别设置螺线管式直流线圈和制动螺线管式直流线圈；所述螺线管式直流线圈和制动螺线管式直流线圈用于在所述导磁轨道的辅助下产生电磁力和制动电磁力；

机器人通过电磁力与所述导磁轨道作用，使其自身沿导磁轨道运行；

停止作用于所述导磁轨道上的电磁力，机器人静止于所述导磁轨道上；

机器人还通过制动电磁力与所述导磁轨道作用，所述制动电磁力与所述电磁力在所述导磁轨道上的分力方向相反。

2.根据权利要求1所述的轨道式农业机器人行走控制方法，其特征在于，所述电磁力通过螺线管式直流线圈产生，所述螺线管式直流线圈和所述导磁轨道之间的夹角为θ。

3.根据权利要求1所述的轨道式农业机器人行走控制方法，其特征在于，所述机器人静止于所述导磁轨道上通过惯性运动自然停止或通过所述电磁力进行制动停止。

4.一种机器人行走控制系统，其特征在于，包括行走机构(310)、壳体(320)、以及设置于所述壳体(320)上的控制单元(340)、螺线管式直流线圈(350)、制动螺线管式直流线圈(360)、蓄电池；

所述行走机构(310)用于活动连接导磁轨道(100)；

所述壳体(320)设置于所述导磁轨道(100)下方并与所述行走机构(310)连接；

所述螺线管式直流线圈(350)和制动螺线管式直流线圈(360)分别设置在所述壳体(320)的两端，并皆与所述控制单元(340)电性连接，所述螺线管式直流线圈(350)和制动螺线管式直流线圈(360)用于在所述导磁轨道(100)的辅助下产生电磁力和制动电磁力；

所述蓄电池分别与所述控制单元(340)、螺线管式直流线圈(350)和制动螺线管式直流线圈(360)电性连接，用于提供工作电源；

还包括两个分别与所述蓄电池连接的充电口(380)，所述两个充电口(380)分别为公插头和母插头；所述公插头用于连接充电桩(200)。

5.根据权利要求4所述的行走控制系统，其特征在于，还包括与所述控制单元(340)电性连接的距离传感器(370)，所述距离传感器(370)用于检测与充电桩(200)之间的距离。

6.一种农业机器人，其特征在于，包括权利要求4至5任一所述的行走控制系统和设置于所述行走控制系统上的图像采集模块(330)，所述图像采集模块(330)与所述控制单元(340)连接；所述行走控制系统吊装在所述导磁轨道(100)上；所述导磁轨道(100)通过大棚本身结构中的安装立柱(400)进行安装。

7.根据权利要求6所述的农业机器人，其特征在于，所述充电桩(200)设置于所述安装立柱(400)上。

说明书

技术领域

本发明属于农业机器人领域，具体涉及一种轨道式农业机器人行走控制方法、系统及机器人。

背景技术

国内外现代农业基地中，对大面积户外种植的农作物监测一般采用无人机。但是现代农业大棚由于结构复杂，环境封闭，无人机噪音较大等问题，一般采用视频摄像头采集图像。由于单个摄像头监测范围有限，需要大量摄像头才能覆盖全部农作物生长区。大量摄像头需要配备大量的磁盘阵列及视频服务器，设备成本、施工成本及维护成本都较高。目前，采用导磁轨道式农业机器人进行巡检的方式已经开始作为一个主要的研究方向，但是目前机器人的运行都是通过电机进行传动，采用这种方式不但噪音大而且功耗高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种轨道式农业机器人行走控制方法，所述轨道式农业机器人行走控制方法的过程简单，解决了运动噪音大、运动能量消耗高的问题。本发明还提供了一种机器人行走控制系统和一种农业机器人。

根据本发明第一方面实施例的轨道式农业机器人行走控制方法，包括以下步骤：将机器人吊装于导磁轨道上；机器人通过电磁力与所述导磁轨道作用，使其自身沿导磁轨道运行；停止作用于所述导磁轨道上的电磁力，机器人静止于所述导磁轨道上。

根据本发明实施例的轨道式农业机器人行走控制方法，至少具有如下技术效果：通过电磁力为动力驱动机器人运转，相对于传统的电机驱动噪音会更小，同时采用电磁驱动的方式也会使运动能量的损耗降低。通过将机器人吊装于导磁轨道上，相较于设置于导磁轨道上方的方式，可以使机器人固定更为简洁和牢靠。

根据本发明的一些实施例，所述电磁力通过螺线管式直流线圈产生，所述螺线管式直流线圈和所述导磁轨道之间的夹角为θ。

根据本发明的一些实施例，所述机器人还通过制动电磁力与所述导磁轨道作用，所述制动电磁力通过制动螺线管式直流线圈产生，所述制动电磁力与所述电磁力在所述导磁轨道上的分力方向相反。

根据本发明的一些实施例，所述机器人静止于所述导磁轨道上通过惯性运动自然停止或通过所述电磁力进行制动停止。

根据本发明第二方面实施例的机器人行走控制系统，包括行走机构、壳体、以及设置于所述壳体上的控制单元、螺线管式直流线圈、制动螺线管式直流线圈、蓄电池；所述行走机构用于活动连接导磁轨道；所述壳体设置于所述导磁轨道下方并与所述行走机构连接；所述蓄电池、螺线管式直流线圈、制动螺线管式直流线圈皆与所述控制单元电性连接。

根据本发明实施例的机器人行走控制系统，至少具有如下技术效果：通过螺线管式直流线圈、制动螺线管式直流线圈可以使机器人与导磁轨道之间产生电磁力和制动电磁力，通过电磁力和制动电磁力实现对机器人的正向和反向运动的控制，同时也具备了正向和反向制动的能力。机器人通过内置蓄电池，可以让机器人的运行摆脱电缆的限制，同时通过设置充电桩，也可以方便机器人进行电量补充。

根据本发明的一些实施例，上述机器人行走控制系统还包括与所述控制单元电性连接的距离传感器，所述距离传感器用于检测与所述充电桩之间的距离。

根据本发明的一些实施例，上述机器人行走控制系统还包括两个分别与所述蓄电池连接的充电口，所述两个充电口分别为公插头和母插头；所述公插头用于连接充电桩。

根据本发明第三方面实施例的农业机器人，包括任一上述的行走控制系统和设置于所述行走控制系统上的图像采集模块，所述图像采集模块与所述控制单元连接。所述行走控制系统吊装在所述导磁轨道上。

根据本发明实施例的农业机器人，至少具有如下技术效果：通过行走控制系统可以实现沿着轨道反向进行运动和制动。通过图像采集模块也可以实现对农作物的生产情况的实时采集。

根据本发明的一些实施例，所述导磁轨道通过大棚本身结构中的安装立柱进行安装。

根据本发明的一些实施例，所述充电桩设置于所述安装立柱上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的电磁力的分解图；

图2是本发明实施例的机器人主视简图；

图3是本发明实施例的机器人剖视简图；

图4是本发明实施例的机器人结构框图；

图5是本发明实施例的整体结构简图。

附图标记：

导磁轨道100、

充电桩200、

行走机构310、壳体320、图像采集模块330、控制单元340、螺线管式直流线圈350、制动螺线管式直流线圈360、距离传感器370、充电口380、

安装立柱400。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三、第四等等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面根据图1至图3描述本发明第一方面实施例的轨道式农业机器人行走控制方法。

根据本发明实施例的轨道式农业机器人行走控制方法，包括：将机器人吊装于导磁轨道上；机器人通过电磁力与导磁轨道作用，使其自身沿导磁轨道运行；停止作用于导磁轨道上的电磁力，机器人静止于导磁轨道上。

参考图1至图3，机器人采用吊装的方式安装在导磁轨道的正下方。机器人的行走机构设置在导磁轨道的内部。吊装的方式相对于安装在导磁轨道上方的方式可以更为稳定，可以减少很多辅助的稳定结构。机器人通过电磁力F进行驱动。电磁力F的产生是通过设置在机器人内部的螺线管式直流线圈实现的，当螺线管式直流线圈通电后就会与导磁轨道之间产生相互作用，进而通过电磁力F驱使机器人行走。当电磁力F在轨道方向的分力大于机器人和导磁轨道之间的摩擦力f时，则机器人会开始行走，并进行加速运动。当电磁力F在运动方向的分力等于摩擦力f时，如果已经机器人已经开始运动，则会保持匀速直线运动。当停止电磁力时，机器人会失去动力，并在惯性运动一段距离后就停止。机器人的运动关键是对电磁力的控制，通常情况下，驱动电磁力的方向会控制指向斜上方，这样一方面可以减小摩擦力f，另一方也可以产生运动方向的分力，使机器人的行走能够更加的节约能源；当需要反向进行时通过将电磁力的方向反向即可实现制动的效果。螺线管式直流线圈主要采用24V的螺线管式直流线圈。螺线管式直流线圈产生的电磁力的大小可以表示为：

式(1)中,μ₀为空气的磁导率，S为截面积，B表示磁场强度。以载流为I的螺线管式直流线圈为例。其管内的磁场B可表示为：

式(2)中，n为单位长度的匝数。将式(2)带入式(1)，可以得到：

从式(3)中，可以看出，当螺线管式直流线圈选定以后，电磁力F的大小与电流的平方成正比。当螺线管式直流线圈通电后，在磁场的作用下对导磁轨道产生吸引力，由于导磁轨道固定，且力的作用是相互的，导磁轨道对机器人产生大小相同方向相反的吸引力，这个吸引力可以看做是电磁力F。参考图1，电磁力的方向与轨道之间的角度为θ，将电磁力F做垂直方向和水平方向的力的分解，可以得到当F·sinθ>f时，才能使机器人发生运动。当机器人需要停止时，只需要停止向螺线管式直流线圈通电就可以停止产生电磁力F，机器人会在摩擦力f的作用下停止。如果电磁力反向，则会加速机器人的停止。

根据本发明实施例的轨道式农业机器人行走控制方法，通过电磁力为动力驱动机器人运转，相对于传统的电机驱动噪音会更小，同时采用电磁驱动的方式也会使运动能量的损耗降低。通过将机器人吊装于导磁轨道上，相较于设置于导磁轨道上方的方式，可以使机器人固定更为简洁和牢靠。

在本发明的一些实施例中，电磁力通过螺线管式直流线圈产生，螺线管式直流线圈和导磁轨道之间的夹角为θ。螺线管式直流线圈的安装需要注意安装的方向，通常θ角的确定需要考虑实际的摩擦力、机器人的重量等因素，为了是机器人的运转更为节能，反应时间越快。

在本发明的一些实施例中，机器人还通过制动电磁力与导磁轨道作用，制动电磁力通过制动螺线管式直流线圈产生，制动电磁力与电磁力在导磁轨道上的分力方向相反。采用制动电磁力与电磁力进行配合工作，可以更好的加快机器人的运转效率。且通过制动电磁力和电磁力的协同使用，可以更容易和便捷的实现机器人延轨道前后运行和制动。

在本发明的一些实施例中，机器人静止于导磁轨道上通过惯性运动自然停止或通过电磁力进行制动停止。在实际使用中，需要根据实际情况选择停止的方式。在摩擦力较大或机器人运行速度较慢的情况下，可以直接选择惯性运动到停止，紧靠摩擦力进行制动。在一些运行速度快或较为紧急的情况下，则需要使用电磁力辅助进行制动。此外，通过制动电磁力进行制动也可以起到更好的制动效果。更可以采用制动电磁力和电磁力结合使用的方式进行制动。

在本发明的一些实施例中，机器人的一次运动过程大致尽力一下几个阶段：电磁力F驱动机器人进行加速运动，持续时长t0；加速结束后，在t1时长内快速降低电磁力F的大小，使电磁力F在导磁轨道方向的分力等于机器人与导磁轨道之间的摩擦力f，使机器人进入匀速运行的状态；运行到目标地点停止电磁力，开始减速并停止运动，持续时长为t3。在t3时间段内主要用于图像采集，且最好在机器人完全停止后进行采集，可以保证采集的图像清晰。在实际情况中，为了使机器人加速到合适速度后进行匀速运动，则加速时长t0应该要适当不要太长，t1应该尽可能的短。在通过t0、t1时段的调整后，则会进入匀速状态，匀速行走时长为t2，主要用于让机器人行走到接近目标位置，之后停止电磁力，或者在停止电磁力的同时还进行制动。

根据本发明第二方面实施例的机器人行走控制系统，包括行走机构310、壳体320、以及设置于壳体320上的控制单元340、螺线管式直流线圈350、制动螺线管式直流线圈360、蓄电池；行走机构310用于活动连接导磁轨道100；壳体320设置于导磁轨道100下方并与行走机构310连接；蓄电池、螺线管式直流线圈350、制动螺线管式直流线圈360皆与控制单元340电性连接。

参考图2至图5，机器人行走控制系统吊装在导磁轨道100上，机器人在没有电时，会行走到充电桩200的位置进行充电。行走机构310主要是用于与导磁轨道100进行装配，并且可实现延导磁轨道100方向进行移动。在一些实施例中，行走机构310具体采用了静音尼龙滑轮，一方面可以减小阻力，另一方面可以进一步减小噪音。螺线管式直流线圈350、制动螺线管式直流线圈360在控制单元340控制下可以产生电磁力F和制动电磁力，为机器人行走控制系统提供行走的动力。蓄电池作为电能供给的重要来源，是整个机器人行走控制系统的动力源。控制器可采用PLC作为核心控制器件，具体采用三菱5U系列PLC，具体型号可采用FX5U-32MT/ES。

根据本发明的机器人行走控制系统，通过螺线管式直流线圈、制动螺线管式直流线圈可以使机器人与导磁轨道之间产生电磁力和制动电磁力，通过电磁力和制动电磁力实现对机器人的正向和反向运动的控制，同时也具备了正向和反向制动的能力。机器人通过内置蓄电池，可以让机器人的运行摆脱电缆的限制，同时通过设置充电桩，也可以方便机器人进行电量补充。

在本发明的一些实施例中，上述机器人行走控制系统还包括与控制单元340电性连接的距离传感器370，距离传感器370用于检测与充电桩200之间的距离。距离传感器370用于检测与充电桩200之间或与其他机器人之间的距离。通过检测与充电桩200之间距离，可以及时减速，避免在运行到充电桩200的过程中因为制动不及时，造成了不必要的损坏。同时，在实际生产中，机器人通常会采用多个，那么更需要采用距离传感器370来避免多个机器人之间发生碰撞。距离传感器370通常采用超声波距离传感器370，超声波距离传感器370具备准确度高且成本低、性能稳定等特点。此外，距离传感器370也可以采用激光测距传感器，但是成本会相较于超声波传感器有所提高。超声波传感器具体采用超声波接近开关，具体为佳美公司的UM18-211126111。

在本发明的一些实施例中，上述机器人行走控制系统还包括两个分别与蓄电池连接的充电口380，两个充电口380分别为公插头和母插头；公插头用于连接充电桩200。通过这种设计，既可以满足不同形式的充电桩200的要求，同时也可以实现多个机器人之间的电能交换。在机器人较多的情况下，有部分机器人可能无法接近充电桩200，因此需要通过其他的充电桩进行充电。

根据本发明第三方面实施例的农业机器人，包括上述任一的行走控制系统和设置于行走控制系统上的图像采集模块330，图像采集模块330与控制单元340连接；行走控制系统吊装在导磁轨道100上。

参考图2至图5，图像采集模块330主要用于采集农作物的图像信息，在机器人每次运行一段时间后，会进行图像采集。采集图像可以直接存储到图像采集模块330中等后续统一进行处理，也可以采用性能较高的智能摄像设备，通过网络实现图像共享，直接完成图像的处理工作。对于图像的采集工作主要在t3时间段内完成。此外，农作物的生长周期较长，因此对于机器人的运动速度不会要求很快。再通过采用电磁驱动的方式，可以进一步的减小机器人产生的噪音。图像采集模块330采用OpenMV，具体型号为OpenMV4 H7。

根据本发明的机器人行走控制系统，通过行走控制系统可以实现沿着轨道反向进行运动和制动。通过图像采集模块也可以实现对农作物的生产情况的实时采集。

在本发明的一些实施例中，导磁轨道100通过大棚本身结构中的安装立柱400进行安装。在实际情况中，农业机器人大多用于大棚种植或者部分大型农场。以大棚种植为例，导磁轨道100通常会直接通过大棚本身结构中的安装立柱400进行安装，而不会再重新进行单独的安装。当然也可以单独进行安装布置，重新布置新的安装立柱400，只不过成本要略微提高。

在本发明的一些实施例中，充电桩200设置于安装立柱400上。充电桩200可以进行个单独的安装。但是直接复合到安装立柱400上可以进一步节省成本，同时也便于管理。

在本发明的一些实施例中，机器人还包括与控制单元340电性连接的无线通信模块。通过设置无线通信模块，一方面可以通过遥控的方式改变机器人的运行过程，另一方面也便于机器人及时的将采集的数据传输到控制中心。此外，还便于在具有多个机器人时，实现统一的控制。无线通信模块可采用Z i gBee模块、蓝牙模块或网络模块。控制中心同样采用PLC作为控制部件，也可以直接采用计算机作为控制部件。

在本发明的一些实施例中，存在由多个机器人构成的农场或大棚，在机器人数量增多时或机器人距离控制中心距离较远时，还需要通过通信中继器进行信息传输。通常通信中继器具有多个，每个通信中继器用于辅助多个机器人与控制中心进行数据交互。在农场或大棚的农作物面积较大时，控制中心很难通过自身的无线信号对远端实现控制，且机器人也很难独自将数据传回控制中心。此时增加适量的通信中继器进行信号加强可以使单个机器人的使用范围变得更大。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

一种轨道式农业机器人行走控制方法、系统及机器人专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。